精确量子决策图及其在Clifford+T电路等更广泛应用中的可扩展性保证
决策图(DD)是一种用于布尔函数和伪布尔函数同态压缩的类图数据结构。过去几十年间,决策图已成功应用于验证、线性代数、随机推理和量子电路分析等领域。然而浮点误差显著拖慢了实值与复值决策图的实际实现。在量子计算领域,此前为缓解数值不稳定性所做的尝试既缺乏理论上的规模保证,实践成效也相当有限。该研究聚焦于由Clifford门和𝑇门(一种通用门集合)构成的量子电路分析。研究团队首先手工构建了复数的代数表示,用以替代决策图中的浮点系数。随后证明了这些代数表示的规模与𝑇门数量及量子比特数呈线性关系,而与Clifford门数量无关。进一步研究表明,决策图的运行时间和节点数量上限均为2^𝑡·poly(𝑔, 𝑛),其中𝑡(𝑔)表示𝑇门(Clifford门)数量,𝑛为量子比特数。研究证明基于对Clifford+𝑇门电路生成量子态密度矩阵元素的𝑇计数特征刻画,揭示了量子态稳定子零性与决策图宽度之间的关联。通过开源实现,该工作证实这种精确方法能解决基于浮点运算方案的精度缺陷,并因节点数更少而具有性能优势。据研究人员所知,这是首次对通用门集合下(精确)量子决策图模拟的运行时间给出可扩展性保证。
量科快讯
19 小时前
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